Le jumeau numérique d'un générateur thermique express
Une bouilloire refroidit sur la table. La chaleur s'échappe dans l'air, et c'est du gaspillage. Pourtant, on pourrait en tirer un peu d'électricité. Les dispositifs capables de cela s'appellent des générateurs thermomagnétiques. À l'intérieur, pas de pistons ni de turbines, seulement un matériau qui modifie ses propriétés magnétiques lorsqu'il est chauffé ou refroidi. Mais pour l'instant, ces générateurs fonctionnent lentement et perdent beaucoup d'énergie.
Des ingénieurs ont construit un modèle informatique de l'un des meilleurs générateurs de ce type. Le modèle prend en compte tout à la fois : comment la chaleur circule à travers les pièces, comment le champ magnétique évolue, comment le fluide de refroidissement se déplace et comment le courant est généré. Auparavant, ces calculs étaient effectués séparément, mais ici, ils ont assemblé une image complète. Et ils l'ont validée sur un appareil réel : le modèle a prédit la tension avec une précision de 96 % et la puissance avec une précision de 95 %.
Grâce au modèle, les scientifiques ont dressé une carte des flux d'énergie, comme un schéma montrant quelle quantité de chaleur se transforme en électricité utile et quelle quantité se dissipe en cours de route. Il s'est avéré que les principales pertes se situent dans le matériau magnétique lui-même et aux points de connexion. Le modèle a également montré pourquoi le générateur ne peut pas fonctionner rapidement : la chaleur n'a pas le temps de traverser toutes les couches. Maintenant, en modifiant l'épaisseur des pièces ou le matériau, on peut accélérer le cycle et augmenter la puissance.
Cette approche est comme un banc d'essai virtuel. Au lieu de construire des dizaines de prototypes, les ingénieurs testent des variantes sur ordinateur. Cela accélère le développement et le rend moins coûteux. Ainsi, la chaleur des tuyaux d'usine ou même celle de la terre chaude pourrait un jour apporter de l'électricité dans nos maisons.
L'effet thermomagnétique a été découvert dès le XIXe siècle, mais ce n'est que maintenant que les modèles informatiques permettent de mettre au point des dispositifs pratiques basés sur cet effet.
Dans le roman de Kim Stanley Robinson, « Le Ministère du futur », des dispositifs similaires sont décrits, collectant la chaleur perdue pour sauver la planète de la surchauffe.